GJB150A与GJB150内容对比和分析(二).pdf

航天器环境工程第2 8 卷第2 期 1 1 0S P A C E C R A F TE N V I R O N M E N TE N G I N E E R I N G2 0 1 1 年4 月 G J B15 0 A 与G J B15 0 内容对比和分析( 二) 祝耀昌，王建刚，张建军 ( 中困航空综合技术研究所，北京1 0 0 0 2 8 ) 摘要：G J B1 5 0 经过近l O 年左右的修订，其新版G J B1 5 0 A 于2 0 0 9 年8 月1 日开始实施。G J B1 5 0 A 是完 全等效采用美国军用标准M I L S T D 一8 1 0 F 环境工程指南和实验室环境试验中有关部分编制而成的。作为等 效标准，G J B1 5 0 A 与8 1 0 F 基本相同，因而在编写格式、技术内容和标准的性质等方面与G J B1 5 0 ( 参照 M I L S T D 一8 1 0 C ) 差别较大。G J B1 5 0 是我国军工产品研制生产中最为重要、应用最为广泛的试验标准，因而 G J B1 5 0 A 颁布后深受使用方和研制方各类人员的密切关注。文章力图对G J B1 5 0 A 与G J B1 5 0 的区别作一简单 介绍。由于篇幅较大，分为两部分：第一部分简单介绍G J B1 5 0 实施近2 5 年来，对确保我国军工产品环境适应 性、促进环境试验行业发展和装备环境适应性与环境工程技术概念的提出和完善，均发挥了重大作用；简单介 绍了G J B1 5 0 A 与G J B1 5 0 两个标准的性质、各试验方法编写格式，标准的总则或通用要求之间的差别；第二部 分则是在对G J B1 5 0 1 5 0 A 两个标准中各个试验方法对比分析的基础上，介绍了试验方法增删情况，两个标准均 包括的试验方法中试验程序和内容的差别；最后概述了G J B1 5 0 A 的基本特点。此篇为第二部分。 关键词：环境标准；环境试验；实验室环境试验 中图分类号：V 4 1 6 6 ；T 一6 5文献标识码：A文章编号：1 6 7 3 - 1 3 7 9 ( 2 0 1 1 ) 0 2 - 0 1 1 0 - 0 5 D o I ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 3 1 3 7 9 2 0 1 1 0 2 0 0 2 3G J B1 5 0 A 与G J B1 5 0 在试验方法上的 区别和说明 G J B1 5 0 A 作为剪裁标准，在标准技术内容和 编排格式上与G J B1 5 0 有很大差别。除了为适应剪 裁标准要求而增加相应的技术指导和基本数据之 外，每个试验方法中均设置了应用限制、信息要求、 试验控制、试件安装与调试、试验前准备和结果分 析等章节并提出相应的要求。这些要求的实现将保 证试验过程更加科学合理，信息记录更加完整，有 助于保证试验结果的准确性和币现性。 3 1 试验方法的增删及考虑 3 1 1 增加4 个试验方法 G J B1 5 0 在1 9 8 6 年发布时仅包含1 9 个试验方 法，1 9 9 2 年原国防科_ T 委军标中心将舰船行业的 风压和倾斜、摇摆两个试验方法纳入G J B1 5 0 ，同 时又组织部分人等效采用M I L S T D 8 1 0 E 环境 试验方法和工程导则，制定了积冰冻雨、温度一 湿度一振动一高度和振动一噪声一温度3 个试验方法 标准，这5 个试验方法标准曾作为G J B1 5 0 的第二 部分出版发行过，但没有正式宣贯。等效采用8 1 0 E 的3 个试验方法在犁号中没有使用过，因此，大部 分人不大了解。在修订G J B1 5 0 时，对这3 个试验 方法标准同样等效采用8 1 0 F 相应内容进行了修 订。 相对丁：G J B1 5 0 和M I L S T D 一8 1 0 E ，G J B1 5 0 A 和8 1 0 F 又增加了流体污染、爆炸分离冲击、酸性 大气和弹道冲击4 个试验方法。 3 1 2 去除了G J B1 5 0 中的2 个试验方法 按照8 1 0 F 的思路，因其温度一湿度一振动一高度 试验方法可包含G J B15 0 中的温度一湿度和温度一 湿度一高度2 个试验方法，因此8 1 0 F 已取消这2 个方法，G J B1 5 0 A 也等效采用了8 1 0 F 这种做法。 需要指出的是，8 1 0 F 中的这一试验方法，虽然规 定其可覆盖这4 个因素的任何几个因素的综合，包 括6 个二因素的综合、3 个三因素的综合和1 个四 冈素的综合，但是G J B1 5 0 2 4 A 基本上没有为这 1 0 个综合试验的试验应力条件剪裁和如何实施作 出详细的指导。仅有的一个例子是带通风冷却和电 应力的温度一高度一振动一湿度四因素综合试验。该 收稿日期：2 0 1 0 1 0 1 8 ；修回日期：2 0 1 1 - 0 2 1 8 作者简介：祝耀昌( 1 9 4 l 一) ，男，研究员，博士生导师，主要从事装备环境工程，环境与可靠性试验技术研究以及相关 标准制修订工作；通信作者：张建军( 1 9 7 8 一) ，男，博士学位，从事装备环境工程研究。E - m a i l ：z z j 0 2 2 0 y a h o o c o m C l l 。 万方数据 第2 期祝耀昌等：G J B1 5 0 A 与G J B1 5 0 内容对比和分析( _ ) 试验方法提供的试验剖面中并未出现这4 个因素 同时作用于受试设备，实际上也不是真正的四综 合。由于高空空气稀薄，湿度因素影响可以不计， 而在低窄低气压下湿度凶素的影响不大，也可忽 略，因此真正经受这4 个因素同时作用且必须考虑 其综合影响的设备也很少。另外，该试验方法的应 力使用也不再强调极值准则，剖面设计方法与可靠 性试验剖面设计方法类似，使得该试验更像是町靠 性试验，可操作性很差。G J B1 5 0 A 完全继承了8 1 0 F 这一特点，因而目前航空产品如何应用这一方法进 行温度一高度试验尚需研究。 3 2 试验程序的增删和改变 G J B1 5 0 1 5 0 A 两个标准的各试验方法中均设 置有多个试验程序，这足因为即使是一一环境因 素，由于装备所处状态、使用模式、应力作用方式 和所用试验件或试验设备的不同以及作用机理不 一样，需要应用不同的试验程序来模拟这些影响。 G J B1 5 0 原有的2 4 个试验方法共有5 3 个试验程序， 修订后的G J B1 5 0 A 中，低气压、低温、温度冲击、 沙尘、浸渍和加速度6 个试验方法各增加1 个试验 程序，高温试验增加2 个试验程序，炮振试验增加 3 个试验程序，湿热和冲击试验各减少2 个试验程 序。以上这些试验实际上增加了7 个程序，共有 6 0 个试验程序。加上新增加的流体污染、爆炸分 离冲击、酸性大气和弹道冲击4 个试验方法的11 个程序和单独列出1 个舰船冲击的试验程序，共有 7 2 个试验程序，充分显示了G J B1 5 0 A 是一个模拟 环境更多、模拟方法更完整和多样的试验标准。 3 3 试验条件要自行剪裁确定 G J B1 5 0 A 作为一个剪裁标准，不冉规定明确 的试验条件，有的试验要求自行剪裁确定，有的试 验给出了推荐选用原则。关于自然气候和生物化学 环境的试验，每个试验方法均提供了世界上各类气 候地区的自然和诱发环境资料供剪裁时选用；而湿 热、霉菌、盐雾、雨淋、沙尘、浸渍等试验方法直 接推荐了明确的试验条件；对于振动、冲击和加速 度等模拟诱发环境的试验方法，其试验条件的确定 强调优先利用试验数据，同时标准中也提供了一些 数据和公式，以便在无实测数据情况下选用。 3 4 对试验设备和试验样品的控制要求 总体来说，G J B1 5 0 A 的各试验方法对试验设 备的要求没有很大的变化，只是在G J B1 5 0 中对试 验设备要求的基础上作出了更为具体、细致的规 定。例如，温度冲击试验要求用2 个试验箱或1 个 试验箱两个室，以避免使用温度变化速率大的高低 温箱；太阳辐射试验规定了试验箱容积与试件体积 之比拿少为l O ，并对太阳辐射滤光器和辐射表等 结构选用和校准等有详细说明；对湿热试验的湿球 附近风速和湿球的维护使用作了详细规定等。当 然，新设置的试验方法或新增加的试验程序需要有 相应的试验设备，其使用方法也应有相应说明。 必须强调的是，由于G J B1 5 0 A 各个试验方法 强凋要测量试件附近的应力条件和试件对应力的响 应特性，而且强调试验箱应力施加控制系统一定要 与试验箱内应力监测记录系统分开，因而各试验单 位必须增加温度、湿度、风速、辐射度、加速度等 环境测量的各种传感器和测试仪表，配置相应的测 试系统，才能满足卜同试验对监测和监控的要求。 4G J B1 5 0 A 的特点 4 1 具有剪裁标准的特色 G J B1 5 0 A 是8 1 0 F 的等效标准，标准不再规定 试验条件和试验项目顺序等，而仅仪提供剪裁的技 术指导和剪裁用的基本数据，或者推荐的试验条件、 计算公式和图表，需要相关人员在分析装备寿命期 环境i ；f ! J 面、充分理解装备受环境影响机理的基础上， 利用实测数据或标准中推荐的基本环境数据或试验 条件，剪裁或选择确定具体装备要考虑的环境适应 性要求及相应的环境试验条件。因此，G J B l 5 0 A 不 再像G J B1 5 0 那样可不加考虑地全盘套用。 4 2 扩展了试验信息范围，强调信息的搜集和利用 G J B1 5 0 A 不再像G J B1 5 0 那样把试验关注的 信息主要集中在试验条件和受试产品的功能和性 能、失效判据等方面上，而足将试验考虑的信息范 围大大扩展，包括试验前应搜集的所用试验设备和 仪器的信息，受试产品标识、受试产品关键部件及 其试验履历信息，所用的传感器及其安装位置的信 息，受试产品安装( 包括安装准备、安装方向和连 万方数据 1 1 2航天器环境T 程第2 8 卷 接方式等) 信息以及采取冷却和加载措施等信息。 掌握这些信息才能确保试验准备工作充分和全面。 G J B1 5 0 A 进。步关注试验中对试件进行功能检查 和性能测试及记录，并将这些数据与初始检测得到 的基线数据比较，以确定其是台有故障或了解其性 能变化趋势。试验中还要定期记录试验窜的温温度 及压力条件，关注和记录施加在受试产品上的试验 条件和受试产品对施加的环境应力响应数据，以便 及时掌握试验应力施加的合理性以及受试产品的 实际应力分布，为故障分析和定位提供数据支持。 G J B1 5 0 A 还要求试验完成后，枪杏受试产品外观、 功能和测量性能参数，以便和基线数据比较，根据 失效判据确定产品是否有故障。试验还要求记录实 际的试验项目实施顺序，并与试验大纲比较，以便 说明实施过程有否偏离；要求记录试验中断处理及 处理结果、故障及故障分析处理情况，甚争包括确 认试验数据有效的人员签名和日期。 G J B1 5 0 A 对试验信息搜集和记录T 作的高度 重视，体现了对试验T 作的口J 追溯性原则。全面采 集和掌握试验信息，有利十促进试验过程的规范化， 并为编写出一个既能伞面反映试验上作情况和证明 试验有效性又有可追溯性的试验报告奠定基础。 4 3 试验方法( 试验项目) 更加完整 1 ) 增加了4 个单因素试验( 具体见3 1 1 节) ； 2 ) 增加J ，7 个试验程序( 具体见3 2 节) 。 试验方法和试验程序的增加使G J B15 0 A 试验 项目更加完整。 4 4 部分试验条件确定原则有变化 G J B1 5 0 A 虽然没有试验条件章节，但在各试 验方法的剪裁指南章节或在附录一f 1 均有确定试验 条件方而的剪裁指导、基本资料和推荐条件。在涉 及气候和生物化学环境的试验方法中，人部分均推 荐了一组或几组可供选择的气候和生化条件；而动 力学等诱发环境试验方法更强调应用实测数据，标 准中也提供了推荐的试验条件或推荐了确定试验 条件的方法。在推荐气候和动力学试验条件或确定 方法方面，与G J B1 5 0 相比，G J B1 5 0 A 中的有些 试验方法的确定原则有根本性的变化。 1 ) 高温试验提倡同循环模拟 在高温试验中，G J B1 5 0 3 A 要求进行极端温 度日循环模拟，追求更为真实的模拟方法；而G J B 1 5 0 3 采取恒温极值模拟，这就使试验时问从G J B 1 5 0 3 的4 8h 大大延长到1 6 8h ( 7 个日循环) ，其 理由在8 1 0 G 1 7 I 第1 I I 部分中有明确的说明。如在 8 1 0 G 第1 I l 部分的3 2 3 节规定“除非认为有理由， 应使用通常出现的具备其更真实的湿气凝露和温 度响应分布”；在4 1 1 1 节“干热循环”中指卅“如 果可能，应按照日循环方式对这些条件进行试验。 因为加长在高温极值卜暴露时间可能对装备施加 小切实际的热载荷。如果不能进行日循环，则在日 循环期间会达到典型峰值温度下进行试验”。8 1 0 G 中这两段的内容否定了G J B1 5 0 高温试验中的恒 定温度( 贮存和T 作) 试验的做法，而应改为日循 环试验，其理由是若用日循环巾最高温度进行长时 间试验会给装备施加小切实际的热载衍，而日循环 环境则更能真实地模拟受试设备的湿气凝露和温 度响应分和。对丁不能进行日循环的情况，标准中 提出了按最高峰值温度进行恒定温度试验，但没有 规定试验时间。 2 ) 振动功能试验和耐久试验不再采片jG J B1 5 0 中规定 G J B1 5 0 1 6 明确规定振动功能试验时间为1h 。 对于喷气式飞机和螺桨式I 毛机，随机振动耐久试验 量值为功能试验量值的1 6 倍，正弦振动耐久试验 量值为功能试验量值的1 3 7 倍，当装备飞机寿命 为5 0 0h ( 飞行时间) 时，每个轴向要按放大的量 值试验2 5h 。G J B15 0 A 不再采用这一规定，而是 要求从寿命期环境i ；f | J 面- f 一选取功能试验量值和确 定耐久试验时间，振动量值首先使用实测数据。 G J B1 5 0 A 中附录B 工程信息指出耐久试 验有两种传统的方法：一种是提高功能试验量级来 考虑等效疲劳损伤；另一种是假设累积进行r 足够 多的应力循环( 通常假设为1 0 6 次) 而没有失效， 则可证明应力低于装备疲劳极限。这两种方法都有 严重缺陷：第冲 方法( 即G J B1 5 0 采用的方法) 要求的振动量级比使用中量级高，忽略了装备特 性、连接处摩擦、隔振件能和热效应等I F 线性冈素； 第二种方法忽略J ，许多装备( 特别是典型的电气 电子设备) 没有疲劳极限的问题，1 0 6 次的应力循 环可能对这些装各而言还不够。G J B1 5 0 1 6 A 小再 使用提高功能试验量级的方法米考核产品的耐久 万方数据 第2 期祝耀昌等：G J B1 5 0 A 与G J B1 5 0 内容对比和分析( 二) 1 1 3 能力，而是建议用简化的疲劳关系公式将装备寿命 刷期内低于功能试验的振动量级以及在该量级F 设备寿命周期中经历的总持续时间折算成功能试 验量级下的持续时间，即采用得到的等效时间作为 功能和耐久试验的持续时间，从而将功能试验和耐 久试验组合在一起，因此已没有必要单独规定功能 试验时间。当出现等效时间还是太长而试验大纲又 不允许的情况时，可适当提高量级，原则是要保证 试验时间尽可能长，将由第一种方法的缺陷所造成 的影响减到最小限度，即将试验量级限制在更为现 实的最大量级上。 3 ) 规定冲击试验方法采用冲击响应谱，而不 用经典的半正弦波 G J B1 5 0 1 7 A 的名称为功能性冲击，i t u G J B1 5 0 1 7 为冲击试验，其中设计的基本冲击 程序用以模拟装备工作状态下经历的冲击环境，评 估装备工作状态经受冲击作用期问和作用后结构 的完整性与功能、性能的完好性，是航空产品必须 要考虑的试验项目。G J B1 5 0 1 8 A 规定首先采用实 测数据，用实测冲击波形再现方法或根据实测资料 确定的冲击响应谱进行试验。 在没有实测数据的情况下，按标准巾推荐的飞 行设备和地面设备的冲击响应谱进行。如果不能证 明外场冲击环境近似于经典冲击脉冲，一般不能使 用经典冲击脉冲( 、仁正弦波) ；但若无其他方法可 片j ，则可用标准中规定的后峰锯齿波进行试验。坠 冲安全试验的试验条件确定原则与功能性冲击试 验。样，也是使用冲击响应谱和标准中推荐的试验 条件。由于冲击响应谱的对称性，它们的正负波形 量值通常相当，因此仅在3 个轴向各进行3 次冲击 试验，而不是G J B1 5 0 中规定的在3 个轴向的6 个 方向各进行3 次冲击。 4 5 强调试验过程的监控和监测 G J B1 5 0 I A 明确规定试验过程L - 要监控试验 箱的状态，确保试验箱参数设置止确，并对试验箱 捉供的环境条件进行监控和记录，即按规定的时间 间隔进行目视检企，实时连续记录和定时记录，确 保试验箱内的环境条件在整个试验过程中保持在 规定允差范围内。各试验方法均规定了具体的摔制 要求和措施，如低气压试验对高度变化速率和数据 读出装置的分辨率提出定量要求；温度试验规定试 件周围的风速不能超过1 7m s ，当温度变化率小超 过3 m i n 或打开箱门引起试验箱或试件温度变 化大于2 或1 5m i n 内不能完成性能检测时，要待 温度稳定到规定温度后才能继续试验或检测性能； 湿热试验要求试验箱内有测量和记录装置并与试 验箱控制器分开，试验过程中对温度和相对湿度进 行连续测量或以一定的时I 日J I 日J 隔测量；霉菌试验对 相对湿度传感器、干湿球使用维护、试剂以及水纯 度有详细的规定要求；沙尘试验要求每小时至少测 一次湿度和尘浓度：冲击试验要求对试验装置和装 备响应的测量设备等性能进行校正，并规定冲击脉 冲时域允差、响应谱允差；振动试验要求合理选择 控制方案，精心设计试验装置、夹具、传感器安装 位置和布线，以确保加速度功率谱密度、正弦峰值 加速度、横向加速度和频率满足相应要求等等。这 些控制要求的实现，町有力地确保试验应力施加的 准确件、试验结果的有效性和霞现性。G J B1 5 0 虽 然也包含有关要求，但远没有G J B1 5 0 A 这样系统 和完整。在我国实际试验T 作中，卜述要求主要靠 试验设备检定来保汪，试验中不再单独布置传感器 对受试产品真止经受到的应力进行连续或间断的 测量和记录，因而对试件经受的实际应力是否准确 往往心中无数，有 r 问题也发现不了。G J B1 5 0 A 各试验方法中的这些要求，尽管可确保试验做得更 精确，但将会使试验实施过程复杂化并要增添各种 测量传感器和测量仪表。 G J B1 5 0 1 A 还规定试验过程中要对受试产品 进行舱测，即连续或按一定时I 日J I 日J 隔监测受试设备 的功能和性能情况，及时发现其功能性能变化趋势 和是台出现故障，以便采取措施干预。 4 6 规定试验报告基本内容和结果分析要求 G J B15 0 未提及试验报告，也没有规定试验后 要进行结果分析，因而长期以来，我国各行q k 的环 境试验报告编写极4 i 规范，内容I F 常简单，只提供 一个试验结论，缺少有关信息和数据，可追潮性很 差，也无法评价试验的有效性。G J B1 5 0 1 A 不仅 明确规定了试验报告主要内容，而目规定厂结果分 析的丰要内容，还要求按照失效判据、试验大纲及 试验报告的要求进行结果分析，这一要求对于规范 万方数据 1 1 4航天器环境工程 第2 8 卷 环境试验工作、提高环境试验水平和试验报告的质 量有重大作用。 5 结束语 G J B1 5 0 A 作为一个剪裁标准，相对于G J B1 5 0 菜单式标准无疑足一个很大的进步。作为剪裁标 准，G J B1 5 0 A 具有很人的灵活性，使用得当，可 以避免简单套用菜单式标准所带来的过设计、过试 验或久设计、欠试验问题。应当指出使用剪裁标准 需要有系统完整的基本数据，特别是平台环境的实 测数据，更需要一批有经验的环境工程专家或专业 人员去进行合理的环境剪裁工作，从这方面来看我 国军T 产品行业在贯彻G J B1 5 0 A 标准的条件上还 有较大差距。例如根据产品寿命削面、寿命期环境 剖面的分析和实测数据，来确定振动功能试验量值 和振动耐久试验的时间；使用实测冲击波形再现方 法或根据实测冲击数据确定冲击响应谱；使用炮振 试验的程序I 、I I 、I I I3 个程序进行炮振试验等等： 以上均需要相当专、I k 的技术人员进行环境实测和 数据分析及归纳处理。G J B1 5 0 A 中的各试验方法 对试验设备控制、试验应力测量、试验负载、冷却 通风、试验报告编写等提出的要求，可确保试验更 加合理、准确、精细，但也对试验设备、测试仪器 和试验人员的技术水平提出了更高的要求。因此， 为了更好地贯彻G J B1 5 0 A ，当前的首要任务是加 强对相关人员的培训，以及配备必要的试验设备和 环境测量仪器设备。 参考文献( R e f e r e n c e s ) 【1 】G J B1 5 0 ，军用设备环境试验方法 s 】，1 9 8 6 1 2 【2 】G J B4 2 3 9 ，装备环境T 程通用要求 S 】，2 0 0 1 - 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